國(guó)產(chǎn)碳化硅功率器件賦能飛跨電容升壓方案取代2000V器件兩電平方案

國(guó)產(chǎn)碳化硅功率器件賦能飛跨電容MPPT方案取代2000V器件兩電平升壓方案

一、飛跨電容三電平技術(shù)的專利歸屬與特色

1. 專利歸屬：中國(guó)企業(yè)主導(dǎo)核心技術(shù)布局

飛跨電容三電平技術(shù)近年來(lái)在中國(guó)企業(yè)中快速發(fā)展，多個(gè)核心專利由國(guó)內(nèi)企業(yè)持有，尤其在控制方法、拓?fù)鋬?yōu)化和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)了顯著優(yōu)勢(shì)：

陽(yáng)光電源：2024年公布了國(guó)際專利“飛跨電容三電平DCDC變換器、光伏系統(tǒng)及控制方法”（PCT/CN2023/092676），重點(diǎn)解決光伏系統(tǒng)中飛跨電容的電壓控制與能量轉(zhuǎn)換效率問(wèn)題。

上能電氣：2024年獲得專利“基于混合邏輯驅(qū)動(dòng)的變換器電流控制方法及裝置”（CN115473417B），通過(guò)軟件算法優(yōu)化飛跨電容電壓穩(wěn)定性，降低硬件成本。

英威騰：2024年實(shí)用新型專利“一種三電平升壓電路及三電平升壓變換器”（CN202320984820.3）提出預(yù)充電保護(hù)機(jī)制，避免電壓應(yīng)力損壞器件，提升系統(tǒng)可靠性。

這些專利覆蓋了飛跨電容三電平的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，包括拓?fù)湓O(shè)計(jì)、控制算法和系統(tǒng)集成，顯示中國(guó)企業(yè)在該領(lǐng)域的自主研發(fā)能力。

2. 技術(shù)特色：高效能與靈活性的結(jié)合

飛跨電容三電平的核心優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制邏輯的創(chuàng)新：

諧波抑制與電能質(zhì)量：通過(guò)多電平調(diào)制，輸出波形更接近正弦波，諧波含量顯著低于傳統(tǒng)兩電平方案，電能質(zhì)量提升（THD降低30%以上）。

動(dòng)態(tài)控制優(yōu)化：如陽(yáng)光電源的專利通過(guò)自適應(yīng)控制算法平衡電容電壓，而上能電氣的混合邏輯驅(qū)動(dòng)技術(shù)結(jié)合軟件控制，實(shí)現(xiàn)逐脈沖限流，降低對(duì)硬件電容容值的依賴。

適應(yīng)高壓場(chǎng)景：支持更高母線電壓（如400V及以上），在光伏、新能源汽車(chē)等高壓系統(tǒng)中減少開(kāi)關(guān)損耗，效率提升2%-5%。

二、國(guó)際飛跨電容三電平升壓專利到期后的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與國(guó)產(chǎn)碳化硅器件的協(xié)同效應(yīng)

1. 國(guó)際飛跨電容三電平升壓專利到期后的技術(shù)擴(kuò)散與成本優(yōu)化

隨著國(guó)際飛跨電容三電平升壓專利到期，飛跨電容三電平升壓技術(shù)將更廣泛普及，結(jié)合國(guó)產(chǎn)碳化硅器件的成熟，形成以下優(yōu)勢(shì)：

成本下降：國(guó)產(chǎn)碳化硅襯底產(chǎn)能擴(kuò)張（如2025年全球占比超50%）推動(dòng)器件成本降低，抵消飛跨電容方案中電容成本較高的短板。

性能提升：碳化硅的高擊穿場(chǎng)強(qiáng)（硅的10倍）和耐高溫特性，使三電平拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)頻率可提升至100kHz以上，進(jìn)一步縮小無(wú)源元件體積。

2. 取代進(jìn)口2000V碳化硅器件兩電平方案的核心邏輯

采用國(guó)產(chǎn)碳化硅器件的飛跨電容三電平MPPT方案，在以下方面全面超越進(jìn)口2000V碳化硅器件傳統(tǒng)兩電平方案：

效率與損耗：

2000V碳化硅器件傳統(tǒng)兩電平兩電平方案：高壓下開(kāi)關(guān)損耗大，效率通常低于95%，且需復(fù)雜散熱設(shè)計(jì)。

三電平+國(guó)產(chǎn)碳化硅：開(kāi)關(guān)損耗減少50%以上，系統(tǒng)效率可達(dá)98%以上，散熱需求簡(jiǎn)化。

系統(tǒng)體積與成本：

碳化硅器件的高頻特性允許使用更小的電感和電容，系統(tǒng)體積減少30%-40%。

國(guó)產(chǎn)8英寸碳化硅襯底量產(chǎn)（如天科合達(dá)、爍科晶體）使單片芯片數(shù)增加90%，單位成本較進(jìn)口低30%-40%。

可靠性驗(yàn)證：

國(guó)產(chǎn)碳化硅器件車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品批量應(yīng)用，證明其高可靠性。

三、產(chǎn)業(yè)生態(tài)與未來(lái)趨勢(shì)

1. 產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同：從材料到應(yīng)用的閉環(huán)

材料端：國(guó)產(chǎn)8英寸襯底突破（2023-2024年）推動(dòng)碳化硅器件成本持續(xù)下降，預(yù)計(jì)2027年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)100億美元。

應(yīng)用端：光伏、新能源汽車(chē)等場(chǎng)景需求激增，400-800V高壓平臺(tái)加速普及，碳化硅SiC模塊方案成為主流選擇。

2. 技術(shù)迭代方向

應(yīng)用生態(tài)：BASiC基本股份針對(duì)SiC碳化硅MOSFET多種應(yīng)用場(chǎng)景研發(fā)推出門(mén)極驅(qū)動(dòng)芯片，可適應(yīng)不同的功率器件和終端應(yīng)用。BASiC基本股份的門(mén)極驅(qū)動(dòng)芯片包括隔離驅(qū)動(dòng)芯片和低邊驅(qū)動(dòng)芯片，絕緣最大浪涌耐壓可達(dá)8000V，驅(qū)動(dòng)峰值電流高達(dá)正負(fù)15A，可支持耐壓1700V以內(nèi)功率器件的門(mén)極驅(qū)動(dòng)需求。

BASiC基本股份低邊驅(qū)動(dòng)芯片可以廣泛應(yīng)用于PFC、DCDC、同步整流，反激等領(lǐng)域的低邊功率器件的驅(qū)動(dòng)或在變壓器隔離驅(qū)動(dòng)中用于驅(qū)動(dòng)變壓器，適配系統(tǒng)功率從百瓦級(jí)到幾十千瓦不等。

BASiC基本股份推出正激 DCDC 開(kāi)關(guān)電源芯片BTP1521P,BTP1521F，該芯片集成上電軟啟動(dòng)功能、過(guò)溫保護(hù)功能，輸出功率可達(dá)6W。芯片工作頻率通過(guò)OSC 腳設(shè)定，最高工作頻率可達(dá)1.5MHz，非常適合給隔離驅(qū)動(dòng)芯片副邊電源供電。

對(duì)SiC碳化硅MOSFET單管及模塊+18V/-4V驅(qū)動(dòng)電壓的需求，BASiC基本股份提供自研電源IC BTP1521P系列和配套的變壓器以及驅(qū)動(dòng)IC BTL27524或者隔離驅(qū)動(dòng)BTD5350MCWR(支持米勒鉗位)。

12英寸襯底研發(fā)：長(zhǎng)期來(lái)看，更大尺寸襯底將推動(dòng)國(guó)產(chǎn)碳化硅器件成本低于硅基器件，徹底替代兩電平方案。

四、結(jié)論：技術(shù)突破與市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的雙重紅利

飛跨電容三電平技術(shù)通過(guò)國(guó)產(chǎn)專利布局與碳化硅器件的協(xié)同創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了從“跟隨”到“引領(lǐng)”的跨越。技術(shù)普及與成本下降將加速其在高壓、高功率場(chǎng)景的應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)碳化硅功率器件的成熟，不僅解決了傳統(tǒng)兩電平方案的效率瓶頸，更通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合（IDM模式）構(gòu)建了可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)，隨著碳化硅成本持續(xù)下探，該方案有望成為新能源電力電子系統(tǒng)的標(biāo)配，重塑全球產(chǎn)業(yè)格局。

審核編輯 黃宇